De tous les concepts et sujets discutés, le Big Bang est le concept le plus controversé. Bien sûr, il s'agit d'une théorie scientifique assez ancienne qui est présente depuis les années 1940, et depuis les années 1960, il existe une myriade de preuves en sa faveur. L'idée est simple: l'univers a eu un début. Elle avait un anniversaire. Il y a eu un jour qui n'a pas eu «hier», lorsque la matière, le rayonnement et l'Univers en expansion et en refroidissement, que nous connaissons, n'existaient pas jusqu'à un certain moment. Et pourtant nous sommes là. Ce qui provoque une vague de questions dans tout esprit curieux. Un de nos lecteurs a un tel esprit, et il veut savoir:
Y a-t-il des théories ou des expériences qui peuvent calculer et prouver notre position dans l'espace par rapport au point du Big Bang? Je pense que puisque nos capacités d'observation sont très limitées par rapport à la position de notre planète, il ne sera pas facile de déterminer la courbure de l'espace. Pourquoi pensons-nous que le Big Bang s'est produit à un moment donné dans l'espace tridimensionnel? Pourquoi pensons-nous que l'univers est une sphère?
Ce sont de très bonnes questions, et elles démontrent toutes une vision commune des gens sur l'univers. Mais ces idées sont-elles vraies?
L'évolution des structures à grande échelle de l'universOn pense souvent que le Big Bang a été une véritable explosion. Et l'Univers ressemblait vraiment à une boule de feu énorme, énergique et en expansion à ses débuts.
• Il était rempli de particules et d'antiparticules de divers types, ainsi que de radiations.
• Tout cela s'est étendu et toutes les particules, les antiparticules et les quanta de rayonnement ont été séparés les uns des autres.
• Tout cela s'est refroidi et a ralenti au fur et à mesure de son expansion.
Cela ressemble vraiment à une explosion. En fait, si vous pouviez être transporté dans ces premiers instants et être protégé d'une manière ou d'une autre de toute cette énergie, il y aurait même un son que vous pourrez entendre grâce à la prochaine vidéo.
Mais ce n'est pas sans raison que j'utilise le mot «expansion» au lieu de «explosion» pour décrire ce phénomène. Une explosion est ce qui se produit à un point dans l'espace, d'où des fragments s'envolent. Une supernova est une explosion; une explosion de rayons gamma est une explosion; l'explosion d'une bombe est une explosion; l'opération d'une grenade est une explosion.
Vue d'artiste de l'explosion de la supernova de 1993J dans la galaxie M81Mais le Big Bang n'est pas une explosion [en anglais, le Big Bang, Big Bang, signifie littéralement «Big Cotton» - env. trad.]. En parlant du «Big Bang chaud», nous pensons au tout premier moment où l'Univers peut être décrit comme un état contenant des particules, des antiparticules et des radiations. À partir de ce moment, l'Univers a commencé à se dilater et à se refroidir selon les lois de la Théorie générale de la relativité, et nous avons suivi le chemin de la destruction de l'antimatière, de la formation de noyaux atomiques et d'atomes neutres, et à la suite d'étoiles, de galaxies et de structures à grande échelle visibles aujourd'hui. La clé de la première question est de comprendre exactement ce que faisait l'Univers en ce moment: au moment que l'on peut décrire pour la première fois, en s'appuyant sur cette plateforme du Big Bang chaud.
À notre connaissance, il n'y avait pas de point de départ spécial. Il n'y avait aucune «source» à partir de laquelle l'univers a commencé. Toutes les preuves parlent d'une contre-intuitivité, mais de cette conclusion non moins vraie: le Big Bang s'est produit partout simultanément. Il y a beaucoup de preuves pour cela, et l'Univers lui-même nous les donne. L'Univers, à en juger par les structures à grande échelle, les amas de galaxies, l'apparition de la rémanence du Big Bang, la densité moyenne du cosmos sur plusieurs centaines de millions d'années-lumière, etc., nous donne deux faits importants observables. Ses propriétés sont les mêmes partout et il a la même apparence dans toutes les directions. Physiquement parlant, l'Univers est homogène et isotrope.
De telles caractéristiques de l'Univers ne peuvent pas être obtenues à l'aide d'une explosion - et c'est le point. Dans une explosion, les fragments les plus rapides se révèlent être les plus éloignés, mais aussi les plus dispersés dans l'espace. Plus la distance est grande, moins il devrait y avoir de galaxies par unité de volume - mais ce n'est pas le cas dans l'Univers. En cas d'explosion, on pourrait indiquer explicitement son point de départ. L'univers fonctionne de telle sorte que ce point ne serait qu'à quelques millions d'années-lumière de la Voie lactée, à la frontière d'un groupe local. Statistiquement, les chances d'avoir un tel point, étant donné la présence de plus de 170 milliards de galaxies dans l'Univers, sont 100 fois pires que de gagner à la loterie Powerball ou Mega Millions.
Le fait que l'Univers soit homogène et isotrope suggère que le Big Bang s'est produit à un moment donné, il y a environ 13,8 milliards d'années, et en tous lieux de la même manière. Mais nous ne pouvons pas le voir partout. Nous ne le voyons que là où nous sommes. Notre examen est limité. Par conséquent, vous pouvez souvent voir des illustrations similaires: comment notre Univers est vu de notre point, avec nous au centre.
Le point de vue de l'artiste sur l'Univers observable à l'échelle logarithmiqueMais cela ne signifie pas que l'univers est une sphère! En fait, nous pouvons mesurer la forme de l'univers et lui imposer certaines restrictions. Si vous sortez et envoyez vos deux amis dans deux directions différentes afin que vous puissiez vous voir, vous trois formerez un triangle. Chacun de vous pourra mesurer l'angle apparent entre les deux autres. Après cela, vous pouvez ajouter ces angles et vous obtenez 180º - c'est la somme des angles du triangle.
Tout triangle dans un espace plat.
Mais l'espace n'a pas besoin d'être plat! Il peut avoir une courbure négative, comme la surface d'une selle, lorsque la somme des angles est inférieure à 180 °. Elle peut être courbée positivement, comme la surface d'une sphère, lorsque la somme des angles est supérieure à 180 °. Si vous vous tenez à l'équateur en Amérique du Sud, un de vos amis se tient à l'équateur en Afrique et le second au pôle Nord, vous constaterez que la différence d'angles sera grande. La somme des angles est plus proche de 270º que de 180º. Nous n'avons pas d'amis dans l'espace, mais nous avons quelque chose de pire: les fluctuations du rayonnement de fond. Selon la courbure de l'espace, ils devraient être complètement différents.
Nous avons fait des observations et découvert quelque chose de surprenant: l'Univers, pour autant que nous puissions en juger, est plat. Très, très plat. Les données récentes des expériences de Planck et Sloan Digital Sky Survey indiquent que si l'Univers est courbé soit positivement soit négativement, alors il est perceptible sur une échelle d'au moins 400 plus grande que la partie de l'Univers que nous observons. Et nous pouvons voir sa partie avec un diamètre de 92 milliards d'années-lumière.
Ainsi, le Big Bang s'est produit partout simultanément, il y a 13,8 milliards d'années, et notre Univers est spatialement plat selon nos meilleures mesures. Le big bang ne s'est produit à aucun moment, et nous pouvons en juger par l'extrême isotropie et l'homogénéité de l'univers. Ces propriétés sont si précises que lorsque nous rencontrons une hétérogénéité avec un écart de 0,01% par rapport à la moyenne, nous pensons déjà que quelque chose ne va pas. Donc, si vous prétendez que le Big Bang s'est produit exactement là où vous êtes, et que vous vous tenez au centre de tout ce qui se passe, personne ne vous objectera. Juste tout et tout dans l'univers entier peut dire la même chose de lui-même.